Реология крови: вязкость, сдвиг и микрососуды

1 октября 2026Время чтения: 8 минут

#реология крови#вязкость крови#гематокрит#эритроциты#гемодинамика

Кровь иногда для простоты называют вязкой жидкостью. Это верно лишь наполовину: в плазме движутся миллиарды деформируемых эритроцитов, поэтому сопротивление течению зависит не только от температуры и состава, но и от того, как быстро соседние слои скользят друг относительно друга. Эту область называют реологией крови. Она объясняет, почему один показатель вязкости нельзя без контекста переносить из вены в артерию или из пробирки в капилляр.

Что изучает реология крови

Реология описывает деформацию и течение материалов. Для ньютоновской жидкости касательное напряжение $\tau$ прямо пропорционально скорости сдвига $\dot\gamma$ :

$\tau = \eta\dot\gamma,$

где $\eta$ - динамическая вязкость. У воды при заданной температуре $\eta$ почти не зависит от $\dot\gamma$ . У цельной крови эффективная, или кажущаяся, вязкость $\eta_\text{app}=\tau/\dot\gamma$ обычно уменьшается при увеличении скорости сдвига. Такое поведение называют псевдопластичным, или shear-thinning.

При высоких скоростях сдвига для цельной крови часто приводят порядок $4$ – $5$ мПа·с (то же численно, что $4$ – $5$ сП). Но это не «паспортное» число человека: результат меняется с температурой, гематокритом, антикоагулянтом, прибором и выбранной скоростью сдвига. В обзоре по сердечно-сосудистой реологии для высоких скоростей сдвига указаны $4$ – $5$ сП, а при низких - существенно большие значения из-за агрегации клеток [1].

Скорость сдвига - это градиент скорости между слоями, единица $\text{с}^{-1}$ . В прямой трубке при ламинарном течении она максимальна у стенки и равна нулю на оси. Поэтому даже в одном сосуде нельзя приписать всему сечению одну строго одинаковую локальную вязкость.

Почему кровь разжижается при сдвиге

На малом сдвиге эритроциты могут обратимо собираться в агрегаты, похожие на стопки монет, - rouleaux. Для их образования важны свойства плазмы и поверхности клеток. Эти структуры увеличивают сопротивление относительному перемещению слоёв. Когда сдвиг растёт, агрегаты разрушаются и клетки ориентируются потоком; кажущаяся вязкость падает.

Вторая причина - деформируемость эритроцитов. Диск диаметром около $8$ мкм способен изменять форму и проходить через очень узкое русло. При высоком сдвиге вклад деформируемости особенно заметен: менее податливая клетка хуже перестраивается и увеличивает сопротивление. Связку «агрегация на низком сдвиге, деформируемость на высоком» подтверждает обзор физических свойств крови [2]. Базу для понимания клеточной стороны полезно дополнить статьёй об эритроцитах: функциях и продолжительности жизни.

Гематокрит - объёмная доля эритроцитов - главный массовый фактор вязкости. Больше клеток означает больше столкновений, гидродинамических взаимодействий и возможностей для агрегации. Важно не делать из этого линейное правило: эффект сильнее на низком сдвиге и зависит от свойств плазмы. В калькуляторе выбрана прозрачная учебная модель с базой $4{,}5$ мПа·с при гематокрите $42\%$ и $200\ \text{с}^{-1}$ ; она показывает направление изменения, но не заменяет вискозиметрию.

Эритроциты образуют агрегаты при малой скорости сдвига и разделяются при высокой

Вязкость, давление и формула Пуазёйля

Для стационарного ламинарного течения ньютоновской жидкости в жёсткой цилиндрической трубке закон Пуазёйля даёт расход:

$Q = \frac{\pi r^4\Delta P}{8\eta L},$

где $r$ - радиус, $L$ - длина участка, $\Delta P$ - перепад давления. Формула важна не как точный калькулятор живого сосуда, а как карта чувствительности: $Q$ обратно пропорционален вязкости и зависит от радиуса в четвёртой степени. Связь расхода, давления и сопротивления подробнее разобрана в статье о линейной и объёмной скорости кровотока.

Рассчитаем учебный пример. Пусть $r=1$ мм, $L=0{,}10$ м, $\Delta P=1000$ Па, а для грубого приближения возьмём $\eta=0{,}004$ Па·с. Тогда

$Q=\frac{\pi(0{,}001)^4\cdot1000}{8\cdot0{,}004\cdot0{,}10}≈9{,}8\cdot10^{-7}\ \text{м}^3/\text{с}≈59\ \text{мл/мин}.$

Если в этой модели вязкость возрастёт с $4$ до $5$ мПа·с, расход при остальных неизменных условиях уменьшится на $20\%$ . Но нельзя заключать отсюда, что организм механически теряет ровно пятую часть перфузии: сосудистый тонус, ветвления, пульсации и регуляция меняются одновременно. Математический предел модели и профиль скоростей удобно сопоставить с уравнением Навье–Стокса для вязкой жидкости.

Где закон Пуазёйля перестаёт быть точным

Допущения Пуазёйля - постоянная вязкость, жёсткая трубка, установившийся ламинарный поток и ньютоновская жидкость. В кровообращении каждое из них ограниченно. Кровь разжижается при сдвиге; артерии упруги и испытывают пульсовое давление; русло ветвится, а в зоне стеноза поток может стать сложнее. В малых сосудах размер клетки уже сопоставим с диаметром канала.

Поэтому формулу корректно использовать как локальную оценку или как часть более сложной модели с кажущейся вязкостью. Нельзя подставить в неё один «нормальный» показатель крови и объявить результат индивидуальным диагнозом. Ещё одна распространённая путаница - смешать вязкость с осмотическими силами: белки плазмы влияют и на реологию, и на обмен жидкостью, но онкотическое давление имеет другую физическую роль. Об этом отдельно сказано в материале об осмотическом и онкотическом давлении плазмы.

Эффект Фареуса-Линдквиста

В трубках диаметром меньше примерно $0{,}3$ мм кажущаяся вязкость крови при уменьшении диаметра заметно снижается, пока размеры не становятся сопоставимы с клетками. Это эффект Фареуса-Линдквиста. Его нельзя сводить к фразе «в узком всегда легче»: речь идёт об определённом диапазоне микрососудов и о кажущейся вязкости потока.

Эритроциты мигрируют к оси, а у стенки возникает слой плазмы с малым числом клеток. Этот клеточно-свободный слой уменьшает трение у стенки. Обзор экспериментальных и теоретических данных указывает резкое снижение кажущейся вязкости при переходе от порядка $300$ к $10$ мкм [3]. В живом микроциркуляторном русле геометрия, эндотелий и распределение клеток по ветвям делают картину сложнее, чем в стеклянной капиллярной трубке.

В микрососуде эритроциты смещены к оси, а у стенки остаётся плазменный слой

Как измеряют реологические свойства

Вискозиметр задаёт известное напряжение или скорость сдвига и измеряет отклик. В ротационном приборе образец находится между соосными цилиндрами или конусом и пластиной; капиллярный метод выводит вязкость из перепада давления и расхода. Для крови принципиально указывать температуру, гематокрит, подготовку пробы и диапазон сдвига: одно число без протокола мало что сообщает.

Отдельные методики оценивают агрегацию и деформируемость эритроцитов. Эти показатели не тождественны вязкости цельной крови, но помогают разложить её на механизмы. В исследовании пациента измерение и интерпретация должны оставаться задачей лаборатории и врача, особенно если есть симптомы нарушений кровообращения.

Для сравнения образцов важно выдерживать одинаковые условия до измерения: время после взятия крови, температуру и режим перемешивания. Иначе прибор может честно зарегистрировать различие, возникшее не из-за физиологии, а из-за подготовки пробы. В учебной задаче полезно сначала выписать, что фиксировано, а затем отдельно назвать переменную: гематокрит, скорость сдвига или геометрию канала. Такой порядок защищает от ложного вывода, будто один результат описывает весь кровоток.

Клинический смысл без самодиагностики

При полицитемии рост гематокрита способен повысить вязкостную нагрузку на поток; при серповидноклеточной болезни деформируемость и взаимодействия клеток меняются, что важно для микроциркуляции. Однако реология не является самостоятельным домашним тестом ни для полицитемии, ни для анемии. Клиническая оценка использует жалобы, общий анализ крови, причину изменения клеток и другие данные.

Стаз и свойства потока важны для тромбообразования, но тромбоз не следует объяснять одной «густой кровью»: полезнее держать в голове триаду Вирхова: три фактора тромбоза. Реологическая характеристика описывает сопротивление течению; она не заменяет оценку коагуляции и не является показанием к самостоятельному изменению лекарств.

Частые ошибки

Считать $4$ – $5$ мПа·с универсальной вязкостью крови. Это ориентир для определённых условий, а не неизменная константа.
Применять закон Пуазёйля к капилляру так, словно кровь - вода в жёсткой трубке. В микрососудах важны клетки и их распределение.
Называть агрегацию эритроцитов тромбом. Rouleaux обратимы и не равны сгустку фибрина.
Делать по слову «густая кровь» медицинский вывод без анализов и клинического контекста.

FAQ

Почему кровь называют неньютоновской жидкостью?

Потому что её кажущаяся вязкость меняется со скоростью сдвига: при быстром сдвиге агрегаты эритроцитов распадаются, и поток ведёт себя менее вязко.

Что сильнее влияет на вязкость: плазма или гематокрит?

Оба фактора важны, но гематокрит обычно даёт основной вклад в вязкость цельной крови. Его эффект зависит от скорости сдвига и свойств эритроцитов.

Эффект Фареуса-Линдквиста означает, что капилляры не сопротивляются току крови?

Нет. Он описывает уменьшение кажущейся вязкости в определённом диапазоне малых диаметров; сопротивление всё равно зависит от длины, радиуса, сети сосудов и состояния клеток.

Коротко

Реология крови связывает макроскопический кровоток с поведением эритроцитов. На низком сдвиге вязкость повышают агрегаты, на высоком - особенно важна деформируемость клеток; гематокрит меняет оба режима. Пуазёйль полезен как модель чувствительности, но микроциркуляция требует помнить о неньютоновском характере крови и эффекте Фареуса-Линдквиста.